渠首进水闸设计说明书

1、取水枢纽进水闸设计计算说明书一工程概况：某灌区总灌溉面积97.6万亩，灌区分布在河道两岸，两岸灌溉面积大致相等。根 据河流的水沙情况及取水要求，经过综合比较，修建由拦河坝，冲沙闸，进水闸组成的 冲沙槽式U等取水枢纽。拦河闸横跨河道修建，于主河道正交，闸地质河宽270m拦河闸底板高程与河床平 均咼程相同，为31.5m,两岸堤坝咼程39.8m,闸上游限制最咼洪水位38.8m,冲沙闸布 置在拦河闸两侧，地板高程31.5m,进水闸为了满足两岸灌溉要求， 采用两岸布置方案。 枢纽平面布置如图1所示：ft：拦河闸与冲沙闸均为三孔一联F拦河闸共五联，冲沙闸共两联，境头均为半圆形二工程资料：1. 气象：多年平

2、均气温7.5 °C。月平均最搞气温20.3 ° C，月平均最低气温-18 °C，冻 层深度1.0 1.5m，多年平均风速4.1m/s，汛期最大风速8.4m/s。2. 水文：表1:拦河闸闸地址河流不同频率的洪峰流量表（单位：m3/s ）频率0.1 %1 0.33 %0.5 %1%2%5%10%25%75%流量6150r 530050004520402033202820 2000r 280表2:建闸前闸址处水位一流量关系表（单位：m3/s ）水位31.533.133.8534.736.036.837.437.738.038.8流量0r 200r 50010002000

3、300040005300：6150 :7000：进水闸以5%的洪水作为停水标准，灌溉临界期相应的河道流量 Q=400m3/s，闸址 处平均含沙量1.8kg/m3，实测最大含沙量4.74kg/m3。3. 地质情况：渠道附近属于第四 纪沉积岩，厚度较大，两岸滩地 为粉质壤土及粉沙，其下为砾质 中沙，次下为砾质粗沙：沿河一 带地下水埋藏深度随地形变化， 一般在2.5m左右，因土质透水 性强，地下水位变化受河道水位 影响大，丰水期河水补给地下水 位较高，枯水季节，地下水补给 河水。4. 地基土设计指标： 地基允许承载能力 （T = 250KN/m； 地基应力分布允许不均匀系数 n= 2 3； 砼与中砂

4、摩擦系数f = 0.4 ;3砼容重丫 = 24KN/ m ;回填土：尽量以透水性良好的砂 质中砂或粗砂回填，回填土壤容 重 丫 干=16KN/ m3; 丫 湿=10KN/ 丫 饱=20KN/ m3; C=0 填土与墙后摩擦角3 = 05. 地震：本地区不考虑地震影响6. 工程材料：石料场距闸址不远，石料抗压指数 2500KN/cm左右，容重：丫= 24KN/卅; 采石场用粗细骨料及砂料，距渠首 2.5 3.0km7. 交通：进水闸有交通要求，要求桥面总宽三设计资料：1. 渠道设计资料：渠首底板高程32.10m;每年最大引水流量C= 78m3/s; 灌溉期正常挡水位35.00m; 相应下游水位3

5、4.80m;渠道纵坡I = 1： 3500; 渠道边坡1.75 ;渠道底宽B= 26m 渠道顶部高程37.5m;渠道顶部宽度6m2. 确定设计流量与水位：以水闸最大引水流量78m/s作为设计流量。因所设计进水闸为有坝式引水，根据有 坝引水上游水位的确定办法，进水闸的上游水位是有拦河坝（闸）控制的。闸的上游设 计水位，即拦河坝（闸）应该壅高的水位。其他时期的水位决定于相应时期内拦河坝 （闸） 泄流时的坝顶（闸前）溢流水位。所以上游水位是正常挡水位3m；O5m。34.80m。3.泄流计算资料:渠道附近地质剖面图35.00m,相应下游水位特征洪水频率（）流量（m3/s）上游洪水位（m设计洪水0.55

6、00037.84停止引水5332037.15四设计内容及步骤：一 枢纽和建筑物等级确定：根据引水流量划分枢纽和建筑物等级，所设计的水闸最大引水流量 78mVs，根据 灌溉与排水工程设计规范 的要求，灌溉流量在50200 m/s ,故该枢纽为U等枢纽, 其主要建筑物为二级建筑物。二 闸孔设计：1. 堰型选择：因为宽顶堰构造简单，施工方便，适用于广大灌区内建筑物众多，技术力量分散的 情况。所以水闸底板（堰型）采用宽顶堰形式。由于闸上游水位变幅较大而在最高水位 时要求挡水，所以采用胸墙孔口。2. 堰顶咼程：灌溉渠系中各种水闸的堰顶高程于渠底高程有密切关系，进水闸的堰顶高程常等于或略等于闸后渠底，且比

7、闸前河床至少高一米，以防止推移质泥沙入渠。所设计的水闸 闸前河底高程31.5m，闸后渠首渠底高程32.1m。水闸底板高程一般应高于渠首渠底高 程。综合考虑以上因数，确定闸底板顶部高程为32.5m。3闸孔净宽:VoQ(HP)B00.857m/ s(2.5 1)262）计算行进水头:Ho H2ovo2.51.O O.85722 9.82.537m3）为了加大流量系数，堰顶头部设计为圆角形12.50.4，圆角形半径取为r = 0.5m, 故 050.2。查相关资料得宽顶堰流量系数 m= 0.374H 2.54）求s （淹没系数）：hs34.8 32.52.3570.9070.8 ,查相关资料得0.8

8、325）假设侧收缩系数1.0则孔口总净宽LoQ3m 2gH078.030.826 1.0 0.3742 19.6 2.357?14.012m4. 单孔宽度与闸室总宽度及孔数:初步拟定为3孑L,则单孔净宽bo 14竺4.67，即单孔宽度bo 5m，取闸室边墩厚30.65m，墩头为1/4圆形，中墩厚为1.30m,墩头为半圆形。边孔侧收缩系数:(0.966670.1常数）中孔侧收缩系数：0.1551.0.6 4 6.3(1 6.3)°9749故:(n 1)n0.966672 0.974933此时实际流量： Q'm.2gH B 0.832 0.9722 0.374 4.427 4.0

9、4 15 81m3/s由于实际流量略大于水闸最大流量，但小于5%,所以可以闸孔数3,每孔宽度为5m 闸室总宽 L1 nl0 （n 1）d 3 5 （3 1） 1.3 17.6三 消能防冲设计:1.设计工况确定:闸门孔口为3孔，在只开启2孔情况下，计算不同开度e下的泄流能量，确定最不 利情况下对应流量作为确定消力池深度的设计流量。设计条件为上游水位37.15m,下游 水位为34.80m。e对于孔口出流3.02,二 e<3.02H。堰上总水头 H=37.15-32.5=4.65m，二 e<3.02HX 4.65 = 14.04m。堰上总水头：H0 H -°V° H

10、Q2 4.75m2g2g°B（R H）J（由上游水位 37.15m，查表得 Q= 3083riVs ）。孔口出流流量Q s b0e. 2gH0 ,其中对于平板闸门：e0.60 0.1760.600.0378e ，b05.0m，先设 s 1.0，则HQ 48.244 e。设当闸孔有两孔开启一孔关闭情况下，随e开度不同，单宽能量E q H的变化现列表计算如下e (meH2Qqhe下htnh e HE0.50.10750.61540.581228.042.8040.307733.701.602.133.4594.81.00.21500.62060.562254.245.4240.62063

11、4.302.202.812.85151.51.30.27960.62380.550869.096.9090.810934.602.503.082.65172.61.480.62610.62610.544077.687.7680.926134.802.703.212.35178.91）计算过程:当 e= 0.5m 时，H竺 0.1075,查表得平板闸门垂直收缩系数2 0.6154,4.65先按自由Q be 2gH096.488 e 96.488 0.5812 0.528.04m3 /s。平板闸门0.60e0.1760.60 0.176 0.1075 0.5812Hhe2e0.61540.50.3

12、077m， veQbhe28.042 5.0 0.30779.113m/s 。he2ve1 8ghe10.3077 rFl9 11328為 1 213，由Q= 28.04查灌溉渠道水位流量关系曲线图二知相应下游水位33.70m,此时 ht 33.732.11.6m he 2.13m。为自由出流，q盏2804，Eq H 9.8 2.804 3.4594.8KN m/sH 37.15 33.73.45m2）由上表可知，在只开两孔时，随 e增大，单宽能量增大，即当流量达到最大引 水流量Q = 78mVs ， E最大，即消力池设计流量亦取Q = 78mVs 。此时 ht 2.7m hC 3.21m，将

13、发生远驱式水跃，由于ht h；约1.0m，故采用降低护坦高程 形式的消力池。1.05 3.185 2.70.64m。试算，取 d0= 0.6m (因如图所示,初步估算djh；do<d)。贝U Eo1=&+do=R+H)+do=32.5-32.1+4.75+0.6=5.75m。根据hd，迭代计算hd值:j2g（E°1 阳）所以取hc = 0.84，则:h；11.00.850.84h；10.850.840.84h；匹f 笙 1 3.458m，ht2, ghcjhc1.05 3.454 3.627do7.782cc3.62720-62 9.8 3.62723.2612.77.

14、7822 9.8 0.952齐 3.17, f(d。)C，可取池深d = 0.60m。池长由经验公式L6.9(hdhd) 6.9(3.4540.834)18m ，3.消力池底板（护坦）厚度确定:由于护坦下设排水,故可忽略渗透压力,由水闸设计护坦厚度用下式估算:0.50.2577.76、0.50.25t K0qH 0.2 （）2.350.51m，取 t = 0.6m 。18（Kc经验系数，q单宽流量，H 上下游水位差）。在护坦下面设置反滤层和排水孔，渗透压力很小。护坦依靠自重可满足稳定性要求，故 不需进行抗浮验算。4. 海漫的布置构造：在前1/3利用浆砌石，并在内部设置排水孔，底部设反滤层，垫层

15、，后2/3段利用干砌块石，用卵石和毛砂组成垫层，末端为31.5m,应满足粗糙，透水，柔性的要求：根据水闸设计底流消能后海漫长度可有：Lx Kq1/2 H1/411 4.321/22.351/428m，厚度取 0.4m。K与河床土质有关的经验系数。q消力池出口处单宽流量。H 上下游水位差。5. 防冲槽的布置构造：根据工程经验，防冲槽采用宽浅式，深度取2.0m，底宽取5.0m,上游坡率取m= 2,下游吩3,采用粒径大于如的抛石，冲刷深度t取伽。由经验公式t 1嚅ht，q Q = 77.76 =3.0 , v对砂质取 0.8 , ht = 34.8-32.1 = 2.7m。二 t 1.4m，取 2.

16、0m。 B闸26根据工程经验槽底宽取（2.53） t即取4m四闸室布置及构造：1. 闸底板:米用整体式平底板,根据经验公式B=（1.52.5）H,初拟底板长度为6.75 11.625m,考虑到闸墩，胸墙，闸门，交通桥整体布置的需要，取13m。整体平底板的厚度约为单孔净跨的1/51/7,即2.6m1.85m。考虑到闸址处地质情况不太好，处于软基之上，平底板厚度取为2.0m。底板在上下游两端设置浅齿墙深1.0m2闸墩:闸墩的长度，等于底板长度，即13m。闸墩顶部高程的确定：把停止引水的水位37.15m作为设计洪水位。校核洪水位为 38.80m。多年平均风速v = 4.1m/s ,设计情况下，二级建

17、筑物安全加高hc = 0.5，校核情况下hc = 0.4m吹程 D=5B=5< 26 = 0.13Km，波高：hL0.0136V03/2D1/3， L 0.389V0D1/2hz2 20.051 ,hi3.14 0.162L1.616h h1 hz hc 0.1620.0510.50.712= 37.15+0.712 = 37.862m。校核情况下：多年平均风速 v = 4.1m/s，hL 0.0136V03/2D1/30.0136 4.13/20.131/30.057m0.575m，hz3.14 0.05720.5750.018mhh1hzhc0.0570.0180.40.475mL0

18、.389V0D1/20.389 4.1 0.131/2= 38.80+0.475 = 39.28m。二者取较大，故墩顶高程为 39.28m,取39.40m3. 胸墙:胸墙顶部高程与边墩高程相同取为 39.4m。在正常挡水位35.00m时，为了保证闸门全开后，过闸水流量是堰流而非孔流，胸墙得衬底高程应高出正常挡水位 0.2m,即胸墙底部高程为35.2m,胸墙厚度为0.3m,这样闸门的高度35.00-32.5+0.3 = 2.8m,取为3m4. 交通桥及工作桥：交通桥：采用板式，宽5m,厚0.35m。两侧护拦高1.2m,截面0.1 X 0.1，间隔1m横杆 0.1 X 0.1 X 12工作桥：米用

19、板式结构，桥咼=2 X闸门咼度+hc = 2 X 3+1.5 = 7.5m。桥底咼程= 32.5+7.5+0.4+2.5 = 42.9m。宽 5m 厚 0.35m,栏杆高 1.2m，间隔取 1m 断面 0.1 X 0.1y厂煨05. 闸门与启闭机：闸门宽为闸孔口净宽+2槽宽，闸门高度由最大孔口开度+超高确定,即H= 2.5+0.3二 2.8m,取H= 3m。根据闸门自重选用QP© 25T的启闭机，闸门选用平板式钢闸门。五 防渗排水设计：1.防渗长度的初步拟定值按下列公式计算。L=g H,式中L为初拟防渗长 度。H为上下游水位差。C为渗透系数，对于本闸门的防渗计算，上游水位取防渗限 制

20、水位38.8m,此时闸门全关，先假定水闸下游无水，H= 38.8-32.6 = 6.2m，在中砂壤土中 C取 6.0，贝U L=CH= 6X6.2 = 37.2m。防渗长度L为上图中各点顺次连接起来的总长度：L=1.5+0.5 X 2 +20+0.5+1.6+4.5+0.5+0.5 X . 2 +0.5+10+0.5+ . 2 +9.0+2 +2.0 =ihi 各段水头损失用改进阻力系数发求渗透水头，计算公式如下：hi54.826m>37.2m,所以满足防渗长度要求。nni 1oi 总阻力系数，n 渗透各段水头损失的总和；i各段阻力系数;Lq地下轮廓线的水平投影长度Sq地下轮廓铅直投影长

21、度。Lo= 21+6+13= 40m S=32.6-25=7.6m ,LqSq竺 5.265,7.6二 Te= 0.5Lq=0.5 X 40= 20m。阻力系数i :对段,对段,S 1 51.5（s）1.5L 0.7（S10.441得出。得出。对段，由 In ctg (1 S)得出。24 TT=20m S=1,a 11.5(丄)1.5 0.4410.46 ；20Si=0,S2=1.0,T 2=19.5丄=27 ,/ 227 °.7(0 1.0) 1.3519.5Si=0.6,T 3=19.5,二 3 In ctg (10.032419.51.0S=0.6,T 3=18.4, 4 ln

22、 ctg (1)0.052418.4Si=1.0,S2=1.0,T 4=18.4,L=13 , 513。0 1.0)0.63018.41 0S=1.0,T6=18.4, 6-l nctg(1 °)0.052418.4T=20m S=1,.7 1.5(丄)1.5 0.441 0.4620ni 12345670.46 1.35 0.03 0.05 0.63 0.050.463.03i 1各段水头损失：水闸正常运用时，上游水位为37.15m，下游水位为 34.8m，总水头H=37.15-34.8=2.35m。校核情况时上游水位为最高洪水位 38.3m,下游水位为32.6m, 总水头 H=

23、38.8-32.6 = 6.2m。a,设计情况进口段:h0，hi0.530.350.186m ,h (1)hi(10.53) 0.350.168m出口段:h'hi0.460.350.161m ,h (1')hi(10.46) 0.350.193mT hx1.045h0.168 ,- hxhxh1.3490.1681.517 ,(进口)- hx0.488h0.193 ,- hxhxh0.4880.1930.681 ,(出口)b,校核情况进口段:h。，hi0.530.940.492 m ,h (1')hi(10.53) 0.940.444m出口段:h0'hi0.46

24、0.940.426m ,h (1')hi(10.46) 0.940.510mT hx2.756h0.444 ,- hxhxh2.7560.4443.190 ,(进口)- hx1.288h0.510 ,- hxhxh1.2880.5101.798 ,(出 口)渗透水头修正值如下表(单位：mH1H2H3H4H5H6H7H8设计情况2.352.160.950.93:0.880.200.160 d校核情况6.35.812.622.572.460.660.510出口段渗流坡降J ;进口段渗流坡降J h0,S正常运用时J 016 0.16，校核情况下：J 0兰 0.431.0 1.0由水工建筑物P

25、298表63出口段容许坡降值J < (0.400.45),所以渗流满足要求 <六 > 闸室稳定校核及应力分析：1.稳定校核Pt(1)正常情况 水重：G=(37.15-32.6) X 16.8 X 5X 9.81 = 3749.4kNG2=(34.8-32.6) X 11.6 X 8X 9.81 = 2900.6kN 水的水平推力：R=1/2 X 49.5 X (4.55+0.5) X 16.8=2101.5 kNP2=1/2(34.82+56.38) X 2.1 X 16.8=1608.8 KnP3=1/2 X 47.1 X (34.8-30) X 16.8=1898.6kN

26、 扬压力：P = 1/2 (56.38+52.74 ) X 13X 16.8 = 11916.0 kN 浪压力：设计情况下，H=4.55m hL= 0.17m, L1=0.59m, h°= 0.02m。波浪波长，波高 均很小，可知浪压力很小，可忽略不计。 闸室各部件的重量如下页列表：假定地基表层滑动，利用纯摩公式，求出稳定系数：f G f(G。G G2 Pf) 0.4 (18600 394938 290062 1191601)甘 “Kc3.10 Kc 1.3P (R B P)1906 1595 1795部件名称重量(kN)力臂力矩备注3丫 砼=24kN/m，底板95961.2m高栏杆

27、每闸墩6003米长的容重胸墙565.62.11187.7r3丫 = 24kN/mi，公路桥1444.63.04333.9启闭机重量包工作桥P 370.51.4500.2括其下砼重机检修桥1359.34.01437座，钢闸门钢闸门125.41.4169.2丫= 6.34kN/m3启闭机56.91.476.8合计18521.3962.6闸室满足抗滑稳定(2)校核情况 水重：G=(38.8-32.6) X 16.8 X 5X 9.81 = 5109.5kNG2=0kN 水的水平推力：PPkNR=1/2 X 65.27 X (38.8-32.6+0.5) X 16.8=3699.1 2=1/2(27.

28、95+49.5) X 2.1 X 16.8=1366.9 Kn 3=1/2 X 25.5 X 2.6 X 16.8=557.1kN 浪压力：设计情况下，H=6.2m 2hc = 0.11m，Lc=1.2m，h°= 0.03m均很小，可知浪压力很小，可忽略不计。 闸室各部件的重量如下页列表：假定地基表层滑动，利用纯摩公式，求出稳定系数：G f(G G2 Rf)0.4 (5109.9 18500 8821.1)引R (RRR3T3699.12 1366.9 557.05波浪波长，波高Kc(R P2 P3)KJ 1.05 扬压力：R = 1/2 (49.5+31.2 ) X 13X 16.8 = 8821.1 kN校核情况下，闸室满足抗滑稳定。2. 地基应力计算